Bij het aantonen van natuurlijke afbraak van VOCl op een locatie wordt onderzocht of natuurlijke afbraak optreedt met voldoende snelheid en of verwacht mag worden dat dit proces zich doorzet in de toekomst. Zowel in Nederlands als Europees verband zijn er richtlijnen geschreven hoe een dergelijk onderzoek op te zetten.
Richtlijnen
In het kader van NOBIS is een ‘Beslissingsondersteunend systeem voor de beoordeling van natuurlijke afbraak als saneringsvariant’ ontwikkeld, waarin richtlijnen worden gegeven voor het beoordelen van het optreden van natuurlijke afbraak (NA) op een verontreinigde locatie. Separaat is een cd-rom verkrijgbaar met daarop de handleiding en software, waarmee het mogelijk is om volgens de richtlijnen van het beslissingsondersteund systeem de natuurlijke afbraakpotentie op met VOCl verontreinigde locaties te bepalen.
In het kader van de Europese netwerkorganisatie Nicole is een rapport verschenen waarin drie bewijslijnen worden beschreven, waarmee de geschiktheid van natuurlijke afbraak als saneringsvariant (MNA) kan worden vastgesteld:
- Gedocumenteerde afname van verontreinigingen of vervagende pluimen. Historische grondwaterkwaliteitsdata kunnen worden gebruikt om aan te tonen dat sprake is van een dalende trend in concentraties en/of vracht aan verontreiniging ter plaatse van bemonsteringspunten. Ook kan het pluimgedrag worden bepaald (krimpende, stationaire of uitdijende pluim). Hier kan een (eenvoudig) stoftransportmodel een ondersteuning zijn voor de bewijsvoering.
- Vaststellen van voor NA gunstige omstandigheden. Hierbij worden de redoxomstandigheden bepaald en wordt vastgesteld of er voldoende voeding is voor de volledige omzetting van de verontreiniging (voedingsbalans). De aanwezigheid van afbraakproducten is daarbij een aanwijzing dat NA op de locatie heeft plaatsgevonden of nog steeds plaatsvindt. Zogenaamde stabiele isotopenfractionering (zie kader) kan daarbij een goed hulpmiddel zijn om aan te tonen dat de aanwezigheid van afbraakproducten in de pluim het gevolg is van afbraak en niet van transport vanuit de bron.
-
Ondersteunend microbiologisch bewijs (aanwezigheid bacteriën, batch- en/of kolomtesten).
Niet altijd zijn op locaties goede tijdreeksen beschikbaar op grond waarvan het eerste bewijs voor het optreden van NA kan worden geleverd. Daarom worden vaak eerst de redox- en voedingsomstandigheden bepaald, alsmede de afbraakproducten (methode BOS-NA).
Omdat het natuurlijk afbraakproces mogelijk tientallen jaren moet blijven verlopen, is ook de toekomstige NA-activiteit, ofwel de duurzaamheid van NA, op een locatie van belang. In het kader van NOBIS is dan ook een ‘Methodiek voor het vaststellen van de duurzaamheid van gechloreerde ethenen’ opgesteld, waarmee de duurzaamheid van het natuurlijke afbraakproces kan worden ingeschat. Hoewel genoemde methodieken (behalve Nicole-MNA) sterk zijn gericht op PER en TRI, zijn ze op onderdelen ook toepasbaar op andere VOCl-componenten.
Meetstrategie
Als er geen tijdreeksen van concentraties zijn, is de eerste stap in het aantonen van natuurlijke afbraak de beantwoording van de vraag of het op kan treden, ofwel zijn de omstandigheden op de locatie geschikt voor het optreden van natuurlijke afbraak van VOCl? Hiervoor dient een grondwaterkarakterisatie te worden uitgevoerd waarbij de micro- en macrochemische samenstelling van het grondwater op een aantal plaatsen op een locatie moet worden bepaald. Hierbij staan zowel peilbuizen stroomopwaarts van de locatie (referenties), in de bron, in de pluim parallel aan de stroombaan en dwars op de stroombaan.
Bepaling afbraakproducten
De microchemische samenstelling van het grondwater wordt bepaald (VOCl-componenten en hun afbraakproducten). De aanwezigheid van afbraakproducten (zoals cis-DCE, VC, 1,1 DCA, CA, etheen, ethaan) in de bron en/of pluimzone is een snelle manier om aan te tonen dat natuurlijke afbraak heeft plaatsgevonden op een locatie, maar daarmee is niet duidelijk of het nog steeds plaatsvindt. De afbraakproducten kunnen in het verleden zijn gevormd of met het grondwater van elders zijn aangevoerd. Dit laatste aspect kan worden weerlegd met de methode van stabiele isotopenfractionering
Organische verontreinigingen hebben een karakteristieke isotopen- verhouding (13C/12C-verhouding of 13C). In microbiologische afbraakprocessen worden lichte isotopen bij voorkeur omgezet waardoor verrijking optreedt van de zwaardere isotopen. Er vindt dan een verschuiving plaats in de 13C. Dit proces wordt isotopenfractionering genoemd en processen als adsorptie, verdunning en vervluchtiging hebben geen invloed op de fractionering. Daarmee is het een goede methode om de natuurlijke afbraak in een stroombaan in de pluim aan te tonen. In de bron is dan namelijk een andere isotopenverhouding aanwezig dan in de pluim.
Bepaling redoxomstandigheden
Op basis van analyses van de macrochemische parameters zuurstof, nitraat, ijzer (totaal opgelost), sulfaat, sulfide en methaan worden de redoxomstandigheden bepaald. De meest gebruikte methode voor het vaststellen van redoxomstandigheden in het veld is de redoxpotentiaal. Deze kan worden gemeten met een elektrode, maar dit is niet zo’n betrouwbare meting en dient meer indicatief te worden gebruikt. Naast de redoxpotentiaal worden vaak de macrochemische parameters gebruikt om de redoxomstandigheden uit af te leiden.
Zie verder Redoxomstandigheden
Bepaling voedingsstoffen en nutriënten gehalte
De reductieve dechlorering wordt ook beïnvloed door de hoeveelheid voedingsstof (het DOC-gehalte) in het grondwater. DOC is nodig als koolstof- en energiebron voor micro-organismen die de dechlorering uitvoeren. Hoe hoger het DOC-gehalte des te meer dechlorering kan plaatsvinden. Als ruwe grens voor het optreden van natuurlijke VOCl afbraak wordt een gehalte van 10 mg/l aan DOC in het grondwater gehanteerd. Daarnaast zijn voor de groei ook nutriënten noodzakelijk zoals ortho-fosfaat en ammonium.
Duurzaamheid van de natuurlijke afbraak
Met de bepaling van methanogene redoxomstandigheden, een voldoende voedingssituatie, de aanwezigheid van afbraakproducten en eventueel de aanwezigheid van de geschikte bacteriën, is aangetoond dat natuurlijke afbraak van VOCl nu optreedt. Hiermee is echter nog geen bewijs voorhanden dat zich dit ook gedurende langere tijd voort zal (kunnen) zetten. Daarvoor zal moeten worden gekeken naar de duurzaamheid van de natuurlijke afbraak. Dit kan worden gedaan volgens de methode die is beschreven in de ‘Methodiek voor het vaststellen van de duurzaamheid van gechloreerde ethenen’ (D-NA), waarbij in drie stappen wordt bepaald of in potentie voldoende voedingsstof (elektrondonor, in deze methodiek ‘brandstof’ genoemd) aanwezig is voor het in stand houden van de natuurlijke afbraak. In principe is deze methodiek opgezet voor gechloreerde ethenen (PER en TRI), maar op onderdelen zou zij ook kunnen worden toegepast op andere VOCl-componenten.
Detectie van dechlorerende bacteriën
Een snelle, specifieke en kwantitatieve detectie van dechlorerende bacteriën en hun enzymen is een belangrijke aanvullende aanwijzing voor het optreden van natuurlijke afbraakprocessen. Een goed toepasbare techniek is MPN-PCR (Most Probable Number-Polymerase Chain Reaction) waarmee aantallen dechlorerende bacteriën op betrouwbare wijze kunnen worden bepaald.
Een sterke aanvullende aanwijzing voor het daadwerkelijk optreden van volledige afbraak van PER is de aanwezigheid van Dehalococcoides ethenogenes, vooral in combinatie met methanogene omstandigheden en voldoende voedingsstof (DOC) en nutriënten. Uit onderzoek is gebleken dat op plaatsen waar D. ethenogenes met zekerheid werd aangetroffen in alle gevallen ook een verhoogd etheen- en/of ethaan- gehalte is gemeten. Andersom geldt dit niet. In een aantal gevallen waarin een verhoogd etheen- en/of ethaangehalte is gemeten, is geen D. ethenogenes aangetroffen. Hierbij moet worden opgemerkt dat ook andere Dehalococcoides species van belang zijn bij met name de laatste metabole omzettingsstap van VC naar etheen.
Bepaling afbraaksnelheid
De afbraaksnelheid van VOCl kan worden berekend op basis van monitoring over meerdere jaren. Dit is een tijdrovende, kostbare manier, waarbij ook gecorrigeerd moet worden voor andere processen (verdunning en sorptie). Afbraaksnelheden onder natuurlijke omstandigheden kunnen ook worden bepaald in zogenaamde intrinsieke afbraaktesten met grond en grondwater van de locatie. Dit is een goede methode die echter wel 4-6 maanden tijd vergt.
Monitoring en stoftransport modellering
Teneinde zicht te krijgen op de toekomstige ontwikkeling van een pluim onder invloed van duurzame natuurlijke afbraak en aan te tonen dat uiteindelijk een stationaire toestand ontstaat (de pluim groeit niet meer, maar krimpt) zal langjarige monitoring (= meten + modelleren) van de pluim plaats moeten vinden. De metingen in het kunnen daarbij eventueel worden ondersteund door een modelsimulatie van het pluimgedrag (met bv. Biochlor, MODFLOW/RT3D of TRIWACO/SORWACO-MC).
De combinatie van metingen en modelsimulatie van het pluimgedrag wordt sowieso als een krachtige bewijsvoering voor het optreden van natuurlijke afbraak gezien, omdat (a) gedurende een aantal jaren de ontwikkeling van de pluim gevolgd kan worden en (b) de meetgegevens gebruikt kunnen worden om het stoftransportmodel verder te ijken zodat de nauwkeurigheid van het voorspelde pluimgedrag steeds groter wordt.
referenties en aanvullende informatie